JP5133466B2 - 燃料電池用セパレータおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は燃料電池用セパレータに関し、特に、自動車用電源、携帯機器用電源、分散電源などに用いられる固体高分子型燃料電池に好適なセパレータに関する。

発電効率が高く、環境への負荷も低いなどの観点から、次世代のエネルギー源として、燃料電池に関する研究が活発に行われている。

燃料電池は、燃料である水素と、酸素とを電気化学的に反応させて電気エネルギーを取り出す発電装置である。燃料電池は、使用する電解質の種類に応じて、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）に分類される。なかでもＰＥＦＣおよびＤＭＦＣは、他のタイプの燃料電池に比べて作動温度が約７０〜９０℃と低く、ＰＥＦＣで１ｋＷ程度、ＤＭＦＣで数百Ｗ程度でも高効率の発電が可能であることから、特に、自動車や携帯機器などへの適用が期待されている。特に、ＤＭＦＣは小型であり、携帯機器への適用が精力的に研究されている。

セパレータには、ガス透過性が小さいこと、導電性に優れること、接触抵抗が低いこと、耐食性に優れることなどが要求されている。特に、耐食性および導電性に対する要請は、最近、益々強くなっており、耐食性の評価基準として、「セパレータをｐＨが約１の硫酸溶液に１０００時間浸漬しても錆び（または腐食）が発生しないこと」が挙げられている。特に、ＤＭＦＣは小型なので、表面の導電性が優れていることが求められる。

このような特性を有するセパレータ用材料として、カーボン材料が汎用されている。しかしながら、カーボン材料は、靭性に乏しく脆いため、加工が困難であり、加工コストが高いという問題がある。そこで、近年では、カーボン材料の代わりに、加工が容易で加工コストも安価なステンレス鋼をセパレータ用材料として使用することが検討されている。

ステンレス鋼の表面には、鋼中に含まれるＣｒが大気中の酸素と結合した酸化皮膜（不動態皮膜）が生成されるため、耐食性に優れるが、接触抵抗が大きく、そのままでは、セパレータ用材料として使用できない。そのため、耐食性および導電性に優れた貴金属によってステンレス鋼の表面を被覆することが考えられるが、不動態皮膜と金属膜との密着性は非常に悪いため、ステンレス鋼の表面に金属膜を直接形成することは非常に困難である。そこで、これまでは、エッチングなどによって不動態皮膜を完全に除去した後、Ｎｉなどの金属を含む下地めっき層を形成してから、貴金属をめっきする方法が行われていた。しかしながら、上記の方法によって得られたセパレータを長時間使用すると、耐食性が低下し、燃料電池としての性能が低下するという問題がある。これは、貴金属膜に生成したピンホールを通じて腐食液が内部に侵入し、異種金属接触腐食（ガルバニック腐食）が進むためと考えられる。従って、この方法では、上述した耐食性の評価基準（セパレータを強酸性溶液に１０００時間以上浸漬しても錆の発生が認められない）を満足することはできない。

一方、ステンレス鋼の表面に形成された不動態層を除去することなく、その上に直接貴金属層を形成したセパレータが、特許文献１および２に開示されている。

特許文献１によると、不動態層の上に直接形成する金層の被覆率を２．３％〜９４％とすると、セパレータの耐食性を向上させることができるとともに、接触抵抗を十分に低減できる。

また、特許文献２によると、不動態層の上に直接貴金属層を形成した後、１００℃以上６００℃以下の温度で５分以下の時間、真空中又は不活性ガス中で熱処理することによって、母材（例えばステンレス鋼）と貴金属層との間に、母材の金属成分が貴金属層に適度に拡散する結果、密着性が改善される。

特開２００４−２９６３８１号公報 特開２００７−３２３９８８号公報

しかしながら、本発明者の検討によると、特許文献１に記載の燃料電池用セパレータは、耐食性が十分でない。また、特許文献２に記載のセパレータは、貴金属層のステンレス鋼に対する密着性を向上させるための熱処理を必要とするので、スループットが悪く、コストが高いという問題がある。

本発明の目的は、耐食性に優れ、且つ低コストで製造することが可能な燃料電池用セパレータおよびその製造方法を提供することにある。

本発明の燃料電池用セパレータは、ステンレス鋼基材と、前記ステンレス鋼基材上に形成された、ピンホールを有する金めっき層と、前記ピンホール内に形成されたステンレス鋼の不動態層とを有し、前記金めっき層と前記ステンレス鋼基材とがステンレス鋼の不動態層を介さずに接触している領域を有する。前記金めっき層と前記ステンレス鋼基材との間には、ステンレス鋼の不動態層が存在しないことが好ましい。前記金めっき層の厚さは、少なくとも０．０１μｍ超であることが好ましく、０．０５μｍ以上であることがさらに好ましい。

ある実施形態において、前記金めっき層と前記ステンレス鋼基材とが、クロムを実質的に含まない鉄酸化物層を介して接触している領域を有する。前記金めっき層と前記ステンレス鋼基材との間には、クロムを実質的に含まない鉄酸化物層が存在する。

ある実施形態において、前記不動態層の厚さは４ｎｍ以上である。

ある実施形態において、前記金めっき層の厚さは０．３μｍ以下である。

ある実施形態において、前記金めっき層の接触抵抗が１０ｍΩ・ｃｍ²以下である。

本発明の燃料電池用セパレータの製造方法は、ステンレス鋼基材を用意する工程ａと、前記工程ａの後に、前記ステンレス鋼基材の表面に、酸性の金ストライクめっき液を用いてストライク金めっき層を形成する工程ｂと、前記工程ｂの後に、前記ストライク金めっき層の上に、本金めっき層を形成する工程ｃと、前記工程ｃの後に、前記金めっき層がピンホールを有していたとき、前記ピンホール内にステンレス鋼の不動態層を形成することができる条件で、不動態化処理を行う工程ｄとを包含する。

ある実施形態において、不動態化処理は、３０％以上の濃度の硝酸を用いることが好ましい。

ある実施形態において、前記工程ａの後、前記工程ｂの前に、前記ステンレス鋼基材の表面をエッチングする工程をさらに包含する。

ある実施形態において、前記工程ｃにおいて形成される金めっき層はピンホールを有し、前記工程ｄにおいて、前記ピンホール内にステンレス鋼の不動態層を形成する。

本発明の燃料電池用セパレータは、上記のいずれかの燃料電池用セパレータの製造方法によって製造された燃料電池用セパレータと実質的に同じ構造を有していればよい。すなわち、金めっき層とステンレス鋼基材との間の不動態層は少なくとも一部が除去された結果、金めっき層とステンレス鋼基材との密着性は改善され、さらに、金めっき層のピンホール内にステンレス鋼の不動態層が形成されることによって、耐食性が向上させられた構造を有していればよい。

本発明によると、耐食性に優れ、且つ金めっき層の密着性の高い燃料電池用セパレータおよびその製造方法が提供される。

（ａ）〜（ｅ）は、本発明による実施形態の燃料電池用セパレータ２０の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 ステンレス鋼基材の濃度プロファイルを示すグラフであり、（ａ）は市販品されているステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）基材の濃度プロファイルを示すグラフであり、（ｂ）は表面をエッチングおよび水洗した後の濃度プロファイルを示すグラフである。 （ａ）は、エッチングおよび水洗の後に１０％硝酸水溶液で不動態化処理した後の濃度プロファイルを示すグラフであり、（ｂ）はエッチングおよび水洗の後に１０％硝酸水溶液で不動態化処理した後の濃度プロファイルを示すグラフである。 （ａ）は試料４、（ｂ）は試料８にそれぞれ対応するサンプルの濃度プロファイルを示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明による実施形態の燃料電池用セパレータおよびその製造方法を説明する。なお、本発明は、例示する実施形態に限定されるものではない。

図１（ａ）〜（ｅ）に、本発明による実施形態の燃料電池用セパレータ２０の製造方法を説明するための模式的な断面図を示す。

本発明による実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法では、まず、図１（ａ）に示すように、ステンレス鋼基材１２を用意する。ステンレス鋼基材１２は、ステンレス鋼から構成された本体部１２ａと、本体部１２ａの表面に形成された不動態層（不動態皮膜）１４とを有している。不動態層１４は、よく知られているように、スレンレス鋼を大気中に放置すると自然に形成され、クロムの酸化物と、クロムおよび鉄の水酸化物とを含み、耐食性に優れている。本体部１２ａ側にクロムの酸化物層が形成され、表面側にクロムおよび鉄の水酸化物層が形成されていると考えられている。不動態層１４の厚さは条件によって異なるが数ｎｍ程度である。ステンレス鋼としては、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６）またはオーステナイト−フェライト系ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３２９Ｊ１）を好適に用いることができる。次の工程の前に、必要に応じて、不動態層１４の表面を洗浄および／または脱脂してもよい。

次に、図１（ｂ）に示すように、ステンレス鋼基材１２の表面をエッチングする。エッチング液として、例えば、塩酸や、塩酸と硝酸との混酸を用いると、不動態層１４を除去することができる。また、エッチングに代えて、電解液として硫酸水溶液を用いた陰極電解法でも不動態層１４を除去することができる。このように、次の酸性の金ストライクめっき液を用いてストライク金めっき層２２ｓを形成する工程に先立って、不動態層１４を一旦除去することによって、最終的な金めっきの仕上がりの均一性を高めることができる。金めっきの仕上がりの均一性は目視で容易に確認できる。

なお、不動態層１４を除去した後、ストライク金めっき層を形成する前に、ステンレス鋼基材１２（本体部１２ａ）の表面に付着したエッチング液を、例えば水洗することによって除去することが好ましい。このとき、不動態層が再び形成されることがある。また、不動態層１４を除去した後の保存環境によっては、不動態層が再び形成されることがある。上記の方法で、不動態層１４を一旦除去しておくと、ステンレス鋼基材の表面の均一性が高められるので、その後に不動態層が形成されても、最終的な金めっきの仕上がりの均一性を高めることができる。

なお、酸性の金ストライクめっき液を用いてストライク金めっき層を形成する過程で、ステンレス鋼基材１２の表面の不動態層１４は少なくとも部分的に除去されるので、ストライク金めっき工程に先立って予め不動態層１４を除去しなくても、耐食性や密着性に優れた金めっき層を得ることができる。図１（ｂ）を参照して説明したエッチング工程を行うことによって、最終的な金めっきの仕上がりの均一性を高めることができる。自然に形成されている酸化層は、履歴（圧延条件、保管環境、処理前加工状況など）により酸化の程度、酸化層の厚さや酸化層の組成が不均一であり、エッチング処理で不均一な酸化層を除去することによって、表面の均一性を高めることができると考えられる。

次に、図１（ｃ）に示すように、不動態層１４が除去された結果露出された、本体部１２ａの表面に、酸性の金ストライクめっき液（例えば、小島化学薬品株式会社製Ｋ−７７０）を用いてストライク金めっき層２２ｓを形成する。酸性の金ストライクめっき液としては、公知のものを広く用いることができる。例えば、ｐＨが０．４以上１．０以下（液温２０℃以上４０℃以下）のものが好ましい。電流密度は例えば０．５Ａ／ｄｍ²以上８．０Ａ／ｄｍ²以下で、めっき時間は例えば３０秒以上９０秒以下である。ストライク金めっき層２２ｓの厚さは、例えば０．００５μｍ以上０．０５μｍ以下であることが好ましい。ストライク金めっき層２２ｓは非常に薄いのでピンホール２２ｓａを有する。なお、上述したように、図１（ｂ）を参照して説明した不動態層１４を除去する工程を省略しても、不動態層１４の除去は金ストライクめっき工程においても起こるので、図１（ｃ）に示した構造を得ることができる。

次に、図１（ｄ）に示すように、ストライク金めっき層２２ｓの上に本金めっき層２２ｍを形成する。本金めっき層２２ｍは、例えば、シアン化金めっき液を用いて形成される。シアン化合物を含む金めっき液（例えば、日本高純度化学株式会社製テンペレジストＢＬ）としては、公知のものを広く用いることができる。例えば、ｐＨが６．０以上６．５以下（液温６０℃以上７０℃以下）のものが好ましい。電流密度は例えば０．０２Ａ／ｄｍ²以上０．３Ａ／ｄｍ²以下で、めっき時間は例えば１００秒以上３００秒以下である。

本金めっき層２２ｍは厚く形成する必要がなく、ストライク金めっき層２２ｓと本金めっき層２２ｍとを合わせた金めっき層２２はピンホール２２ａを有してもよい。本発明者の検討によると、ピンホールを有しない金めっき層２２を形成するためには、金めっき層２２の全体の厚さが概ね１．２μｍ以上必要である。後に実験例を示すように、金めっき層２２の全体の厚さは、接触抵抗を十分に低くできればよく、少なくとも０．０１μｍ超であることが好ましく、０．０５μｍ以上であることがさらに好ましい。また、金めっき層２２の厚さを０．３μｍ超とする必要はなく、０．３μｍ以下の厚さで、接触抵抗を十分に低下させることができる。金めっき層２２の接触抵抗は１０ｍΩ・ｃｍ²以下であることが好ましい。

次に、図１（ｅ）に示すように、金めっき層２２が形成されたステンレス鋼基材の本体部１２ａに対して不動態化処理を行うことによって、燃料電池用セパレータ２０が得られる。不動態化処理は、金めっき層がピンホールを有していたとき、ピンホール内にステンレス鋼の不動態層を形成することができる条件で行う。例えば、実験例で示すように、３０℃の３０質量％の硝酸水溶液に５分間浸漬することによって行うことができる。もちろんこの条件に限られず、例えば、５０℃の３０質量％の硝酸水溶液に約１０秒間浸漬してもよい。硝酸水溶液の濃度は３０質量％以上であることが好ましい。不動態化処理を行うことによって、ピンホール２２ａ内に露出されたステンレス鋼基材の本体部１２ａが不動態化され、ピンホール２２ａ内にステンレス鋼の不動態層１６が形成される。不動態層１６の厚さは、一般的な不動態層の厚さと同様に、数ｎｍ（例えば４ｎｍ）以上あればよい。

上述したように、本発明の実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法によると、酸性のストライク金めっき液を用いてストライク金めっき層２２ｓを形成するので、金めっき層２２とステンレス鋼基材１２ａとの間にはステンレス鋼の不動態層１４はほとんど存在せず、金めっき層２２とステンレス鋼基材１２ａとの密着性を高めることができる。さらに、金めっき層２２を形成した後で、不動態化処理を行うので、金めっき層２２にピンホール２２ａが存在しても、ピンホール２２ａ内に露出されたステンレス鋼基材１２ａが不動態化され、ピンホール２２ａ内にステンレス鋼の不動態層１６が形成される結果、耐食性が向上させられる。金めっき層２２はピンホールを有していてもよいので厚く形成する必要がなく、金めっき工程のスループットは高く、材料費も安い。また、ストライク金めっき工程に先立って、ステンレス鋼基材の表面をエッチングまたは陰極電解することによって、不動態層を除去しておけば、最終的な金めっきの仕上がりの均一性を高めることができる。

以下に、実験例を示して、本発明による実施形態の燃料電池用セパレータおよびその製造方法を詳細に説明する。

図１（ａ）に示したステンレス鋼基材１２として、オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）から形成された基材（縦８０ｍｍ×横８０ｍｍ×厚さ１．０ｍｍ）を用意した。この基材の表面をグロー放電発光分光分析法で分析した結果得られた濃度プロファイルの例を図２（ａ）に示す。横軸は基材表面からの深さ、縦軸は各原子の濃度を原子％（ａｔ％）で示している。なお、図２では、炭素、ニッケル、銅、シリコン、マンガンの結果は省略している。以下の、グロー放電発光分光分析結果についても同様である。

図２（ａ）から分かるように、この基材１２の表面には、Ｆｅ（鉄）、Ｃｒ（クロム）およびＯ（酸素）が確認され、酸化物層が形成されていることがわかる。この酸化物層は、よく知られているように、不動態層１４である。不動態層１４の厚さは、酸素原子濃度がピーク値の半分になる深さで評価すると、約４．４ｎｍであった。

次に、上記基材１２をエッチング液（塩酸と硝酸との混酸）に３０℃で５分間浸漬することによって、基材１２の表面をエッチングした後、容器に貯めた水道水に２回浸漬することによって、エッチング液を洗い流した。この基材の表面をグロー放電発光分光分析法で分析した結果の例を図２（ｂ）に示す。最表面の近傍の酸素原子濃度が図２（ａ）よりも少し低く、深さ方向への変化がなだらかであることを除いて、図２（ａ）の濃度プロファイルと同様であった。このことから、エッチングによって不動態層１４を除去しても、水洗および／またはその後の空気中での保存中に、不動態層１４が再び形成されたと考えられる。なお、図２（ｂ）の濃度プロファイルから、上記同様にして求めた不動態層１４の厚さは約６．１ｎｍであった。

また、エッチングおよび水洗を施した基材に硝酸を用いて不動態化処理を施し、得られた基材の表面をグロー放電発光分光分析法で分析した結果を図３（ａ）および（ｂ）に示す。図３（ａ）は１０％硝酸水溶液を用いたときの結果であり、図３（ｂ）は３０％硝酸水溶液を用いたときの結果である。図３（ａ）および（ｂ）の濃度プロファイルは、何れも図２（ａ）の濃度プロファイルとほとんど同じであり、硝酸による不動態化処理によって、表面の不動態層の組成および厚さは変化していないと考えられる。なお、図３（ａ）および（ｂ）の濃度プロファイルから、上記と同様にして求めた不動態層１４の厚さは、それぞれ約４．５ｎｍおよび約４．３ｎｍであった。図２〜図３の結果から、本実験で用いた基材の表面に形成される不動態層１４の厚さは、約４ｎｍ〜約６ｎｍの範囲にあると考えられる。

金めっきは、酸性のストライク金めっき液を用いたストライク金めっきと、シアン化金めっき液を用いた本金めっきとによって行った。ストライク金めっきは、シアン系で、ｐＨが０．８、温度が３５℃の金ストライクめっき液（小島化学薬品株式会社製Ｋ−７７０ ５００ｍｌ／Ｌ（２倍希釈））を用い、電流密度１A／ｄｍ²で４０秒間、電解めっきを行った。この条件で得られるストライク金めっき層の厚さは、約０．０１μmであった。めっき層の厚さは、特に断らない限り、蛍光Ｘ線膜厚計を用いて測定した厚さである。

約０．０１μｍよりも厚い金めっき層を形成する際には、ストライク金めっきに続いて本金めっきを行った。本金めっきには、pＨが６．３、温度が６５℃のシアン化金めっき液（日本高純度化学株式会社製テンペレジストＢＬ ２００ｇ／Ｌ、シアン化金カリウム８．０ｇ／Ｌ）を用い、電流密度０．１A／ｄｍ²で、通電時間を調整することによって、本金めっき層の厚さを調節した。通電時間が４分で、厚さが約０．１μmの本金めっき層を得ることができた。

上記の条件を変えて、試料を作製し、耐食性と接触抵抗を評価した。各試料の作製条件と、評価結果を併せて、下記の表１に示す。

耐食性は、ｐＨ１の硫酸水溶液（８０℃）に１０００時間浸漬した後の表面を目視で観察することによって評価した。金めっき層の腐食が確認できたものを×、腐食には至っていないが変色が見られたものを△、変色が見られなかったものを○とした。なお、○は、実用に耐える耐食性を有している。

接触抵抗は、各試料（セパレータ）を、カーボンペーパーを間に介して、金めっきを施した銅板（集電板）で１０ｋｇｆ／ｃｍ²の面圧で挟持した状態で、ミリオームメータを用いて１Ａの電流を流したときの抵抗値で評価した。なお、１Ｗ程度のＰＥＦＣ用燃料電池に用いる場合、金めっき層の接触抵抗は１０ｍΩ・ｃｍ²以下であることが好ましく、５ｍΩ・ｃｍ²以下であることがさらに好ましい。

耐食試験前の抵抗値をみると、全ての試料の接触抵抗は５ｍΩ・ｃｍ²以下であり、良好であった。すなわち、金めっき層の厚さは少なくとも０．０１μｍあれば、接触抵抗を十分に低減できることが分かる。

耐食性についてみると、エッチングを行った後に金めっきを施した試料２の耐食性は、エッチングを行うことなく金めっきを施した試料１の耐食性よりも劣る。試料１の耐食性が十分でないのは、不動態層と金めっき層との密着性が低いためである。試料２の耐食性が試料１よりも低いのは、エッチングによって不動態層を除去した後に再度生成された不動態層（図２（ｂ））は、基材の表面に予め形成されていた不動態層（図２（ａ））よりも耐食性が低いためであると考えられる。すなわち、図２（ａ）、（ｂ）を参照して説明したように、エッチングによって不動態層を除去しても、水洗や保存中に不動態層が再び形成されるが、この不動態層の化学的な安定性は、もともとの基材の表面に形成されていた不動態層（一般のステンレス鋼基材の表面は不動態化処理されている）よりも劣り、この不動態層の耐食性の差が、金めっき層のピンホールからの腐食に対する耐性の違いとして現れたと考えられる。

試料４と試料２とを比較する。試料４の製造工程は、試料２の製造プロセスにおけるエッチング工程の後、ストライク金めっきの前に、１０％硝酸による不動態化処理を含んでいる。すなわち、金めっきが施される表面に不動態化処理が施されている。その結果、試料４の耐食性は試料２よりも優れるが、試料１と同等であり、十分なレベルではない。なお、試料４の製造プロセスは、特許文献２に記載の製造プロセスを模擬したものである。

また、試料３と試料２とを比較するとわかるように、金めっき層の厚さを０．２μｍにすると、試料２（金めっき層の厚さ０．１μｍ）よりは耐食性は改善するものの、十分な耐食性を得ることはできない。

これに対し、試料７〜９（実施例）は十分な耐食性を有しており、試料７の結果から分かるように、金めっき層の厚さは０．０５μｍもあれば十分である。これらの試料の接触抵抗は耐食試験後も殆ど増大しておらず、非常に優れた耐食性を有していることがわかる。

なお、試料６の結果から、金めっき層の厚さが０．０１μｍ以下であると、耐食性は低く、金めっき層の厚さは０．０１μｍ超であることが好ましいことが分かる。また、試料５の結果から分かるように、１０質量％の硝酸水溶液では、ピンホール内のステンレス鋼の不動態層を形成できず、硝酸水溶液を用いてピンホール内に不動態層を形成するためには、３０質量％以上の硝酸水溶液を用いることが好ましいことがわかる。ピンホール内における組成の表面プロファイルを測定することは困難であり、直接的な分析結果は得られていないものの、上記の実験結果から、不動態化処理の条件を調整すれば、金めっき層のピンホール内に、十分に安定なステンレス鋼の不動態層を形成できることがわかる。

ここで、図４（ａ）および（ｂ）にそれぞれ試料４と試料８の表面をグロー放電発光分光分析法で分析した結果を示す。

図４（ａ）および（ｂ）のＦｅとＣｒの濃度プロファイルを見ると、Ｆｅの濃度が増大し始めた後で、Ｃｒが増大し始めている。すなわち、表面に近いところには、クロムを実質的に含まない鉄酸化物層が形成されていることがわかる。これは、図２および図３に示した基材の表面に形成されている不動態層においては、最表面に、鉄およびクロムを含む酸化物層が存在しているのと、対照的である。すなわち、試料４および試料８では、金めっき層とステンレス鋼基材とがステンレス鋼の不動態層を介さずに接触している領域が存在する。密着性の観点からは、金めっき層とステンレス鋼基材との間に、ステンレス鋼の不動態層が存在しないことが好ましいと考えられるが、少なくとも部分的に、不動態層を介さずに、金めっき層とステンレス鋼基材と接触していれば、密着性は改善されると考えられる。

特に、図４（ｂ）に示した、エッチングを行った後、不動態化処理を行うことなく、金めっきを行った試料８の方が、図４（ａ）に示した、エッチングを行った後、不動態化処理を行い、その後に金めっきを行った試料４よりも、実質的にクロムを含まない鉄酸化物層の厚さが厚い。これは、不動態化処理によって形成された不動態層よりも、不動態層を一旦除去した後に水洗や空気中の保存によって形成された不動態層の方が、酸性のストライク金めっき工程において除去されやすいためと考えられる。なお、酸性のストライク金めっき工程においては、不動態層の全体が除去されるのではなく、不動態層の内でクロム酸化物がリッチな部分が除去されると考えられる。

以上のことから、酸性の金ストライクめっきを行うと、ステンレス鋼基材の表面の不動態層のクロム酸化物がリッチな部分が少なくとも部分的に除去される。クロム酸化物は金めっき層との密着性を低下させるので、クロム酸化物がリッチな部分を除去することによって、金めっき層とスレンレス鋼基材との密着性が改善される。特に、エッチングを行うことによって、予め形成されていた不動態層を除去した後に、ストライク金めっきを行うことによって、より効果的にクロム酸化物を除去することができる。なお、種々の実験の結果、エッチングを行うことによって、基材の表面の均一性が高まり、最終的な金めっきの仕上がりの均一性を高めることができることもわかった。

また、金めっき層の厚さが０．３μｍ以下と薄く、ピンホールを有している場合でも、金めっき後に、所定の条件で不動態化処理を行うことによって、ピンホール内に露出されているステンレス鋼基材の表面に不動態層を形成できるので、耐食性を向上させることができる。高い耐食性を得るためには、３０質量％以上の硝酸水溶液を用いることが好ましい。

なお、ストライク金めっきおよび本金めっきは、無電解めっきであってもよいが、ここで例示したように、電解めっきの方が好ましい。特に、酸性ストライク金めっきは、ストライク金めっき層を形成するだけなく、下地の不動態層のクロムリッチな部分を除去するという作用・効果を有し、このためには電解めっきが好ましい。

本発明は、燃料電池用セパレータおよびその製造方法に広く用いられる。

１２ ステンレス鋼基材
１２ａ ステンレス鋼基材の本体部（ステンレス鋼基材ともいう）
１４ 不動態層（自然に形成されたもの）
１６ ピンホール内に形成された不動態層
２０ 燃料電池用セパレータ
２２ 金めっき層
２２ａ ピンホール
２２ｓ ストライク金めっき層
２２ｓａ ストライク金めっき層のピンホール
２２ｍ 本金めっき層

Claims (10)

1. ステンレス鋼基材と、
   前記ステンレス鋼基材上に形成された、ピンホールを有する金めっき層と、
   前記ピンホール内に形成されたステンレス鋼の不動態層と
   を有し、前記金めっき層と前記ステンレス鋼基材とがステンレス鋼の不動態層を介さずに接触している領域を有する、燃料電池用セパレータ。
2. 前記金めっき層と前記ステンレス鋼基材とが、クロムを実質的に含まない鉄酸化物層を介して接触している領域を有する、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
3. 前記不動態層の厚さは４ｎｍ以上である、請求項１または２に記載の燃料電池用セパレータ。
4. 前記金めっき層の厚さは０．３μｍ以下である、請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
5. 前記金めっき層の接触抵抗が１０ｍΩ・ｃｍ²以下である、請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
6. ステンレス鋼基材を用意する工程ａと、
   前記工程ａの後に、前記ステンレス鋼基材の表面に、酸性の金ストライクめっき液を用いてストライク金めっき層を形成する工程ｂと、
   前記工程ｂの後に、前記ストライク金めっき層の上に、金めっき層を形成する工程ｃと、
   前記工程ｃの後に、前記金めっき層がピンホールを有していたとき、前記ピンホール内にステンレス鋼の不動態層を形成することができる条件で、不動態化処理を行う工程ｄと
   を包含する、燃料電池用セパレータの製造方法。
7. 前記工程ｄは、３０％以上の濃度の硝酸を用いて行われる、請求項６に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
8. 前記工程ａの後、前記工程ｂの前に、前記ステンレス鋼基材の表面をエッチングする工程をさらに包含する、請求項６または７に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
9. 前記工程ｃにおいて形成される金めっき層はピンホールを有し、
   前記工程ｄにおいて、前記ピンホール内にステンレス鋼の不動態層を形成する、請求項６から８のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
10. 請求項６から９のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法によって製造された燃料電池用セパレータ。

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